CN111418120A - 电场吸收型调制器、光半导体装置及光模块 - Google Patents

电场吸收型调制器、光半导体装置及光模块 Download PDF

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Abstract

目的在于得到温度依赖性小、可靠性优异的电场吸收型调制器。本发明的电场吸收型调制器(16)形成于InP基板(1)，通过被施加的电压对入射光(33)进行调制，其特征在于，具有光吸收层(5)，该光吸收层(5)通过由被施加的电压产生的电场对入射光(33)的一部分进行吸收，光吸收层(5)由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III‑V族半导体混晶构成。

Description

电场吸收型调制器、光半导体装置及光模块
技术领域
本发明是涉及一种温度依赖性小、能够进行所谓的无冷却(uncooled)动作的电场吸收型调制器的发明。
背景技术
就在以往的光通信所使用的InP基板形成的电场吸收型调制器而言，吸收光的光吸收层通常使用InGaAsP或者AlGaInAs(例如专利文献1)。它们的带隙的相对于周围的温度变动而产生的变化大。因此，为了得到期望的特性，搭载作为温度调整机构的珀耳帖冷却器，控制为例如50℃至60℃左右的恒定温度而使用，或者搭载在温度变动时对电场吸收型调制器的偏置电压进行调节的机构。
与电场吸收型调制器不同，半导体激光器通过适当地设计振荡波长，从而即使增益光谱因温度变动而变化，也能够得到充分的增益而维持振荡。另外，通过适当地设计光吸收层的带隙，从而即使带隙因温度变动而变化，受光元件也充分地起作用。这样，就半导体激光器、受光元件而言，特性的温度依赖性小，不需要通过温度调整机构进行温度调整，易于进行所谓的无冷却动作。
另一方面，电场吸收型调制器为了得到期望的特性，需要以几nm的量级对吸收光谱进行控制，温度调整机构或者偏置电压调整机构是必不可少的。由于消耗电力、复杂度、成本增加，因此期望电场吸收型调制器也进行无冷却动作。
报导了如下内容，即，就包含铋(Bi)的III-V族半导体混晶而言，带隙的温度变化与Bi的量一起变小，特别是InGaAsBi，相对于温度变化，带隙(0.6至1.5eV)是恒定的(例如，专利文献2)。还报导了使用InGaAsBi而实现温度特性的提高的半导体激光器(例如，专利文献3、4)。
报导了一种半导体激光元件，其中，有源层由以两种III-V族半导体或者其混晶的薄膜作为构成单位的短周期超晶格构成，该薄膜中的晶格常数最大者包含Bi(例如，专利文献5)。专利文献5的半导体激光元件例如将InAs和GaAs中的晶格常数大的InAs一方含有Bi的(InAsBi)m(GaAs)n的短周期超晶格用于有源层。
专利文献1：日本特开2010-114295号公报(第0074段、图3-14)
专利文献2：日本特开平9-8405号公报(第0008段、图1、图3)
专利文献3：日本特开2000-223787号公报(第0031段、图1)
专利文献4：日本特开2004-221413号公报(第0023段，图1)
专利文献5：日本特开平11-68238号公报(第0006、0007段、图1)
发明内容
在专利文献1中，光波导元件的电子吸收调制部EA使用了含有铝(Al)的III-V族半导体混晶。Al是富于反应性的材料，容易发生氧化、腐蚀。在光吸收层的晶体生长时，如果Al氧化，则产生异常生长，产生许多缺陷。对于这样的调制器(电子吸收调制部EA)，在动作时晶体的劣化以该缺陷部分为基点而发展，从而导致可靠性的降低。因此，专利文献1的调制器(电子吸收调制部EA)在晶体生长时需要严格地进行控制以使成膜装置的气体配管、反应室内不含氧，与不含Al的材料相比，生长条件严苛且成本高。
由于Al特别是对湿度的耐受性弱，因此需要防止晶体端面直接与外部气体接触，制作成本以及保管成本增大。另外，Al与硅(Si)在530℃具有共通熔点。因此，就在Si之上同时制作电子集成电路和光集成电路的技术体系即硅光子而言，在芯片制造工序的高温下，Al有时会部分地深深地熔入Si中而形成凹坑，形成有电子集成电路和光集成电路的半导体装置出现可靠性的降低。
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于得到温度依赖性小、可靠性优异的电场吸收型调制器。
本发明的电场吸收型调制器形成于InP基板，通过被施加的电压对入射光进行调制，其特征在于，具有光吸收层，该光吸收层通过由被施加的电压产生的电场对入射光的一部分进行吸收，光吸收层由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。
发明的效果
本发明的电场吸收型调制器由于光吸收层由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，因此温度依赖性小，能够提高可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电场吸收型调制器的斜视图。
图2是沿图1的光轴方向的主要部分剖面图。
图3是表示图2的光吸收层的剖面构造的图。
图4是表示对比例1的光吸收层的剖面构造的图。
图5是表示本发明的实施方式2所涉及的电场吸收型调制器的斜视图。
图6是沿图5的光轴方向的主要部分剖面图。
图7是表示图6的光吸收层的剖面构造的图。
图8是表示本发明的实施方式3所涉及的光半导体装置的斜视图。
图9是表示图8的半导体激光器的有源层的剖面构造的图。
图10是表示本发明的实施方式4所涉及的光半导体装置的斜视图。
图11是表示对比例2的光通信结构的图。
图12是表示本发明的实施方式5所涉及的光模块的图。
图13是表示本发明的实施方式5所涉及的其它光模块的图。
图14是表示本发明的实施方式6所涉及的光模块的图。
图15是表示本发明的实施方式6所涉及的其它光模块的图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电场吸收型调制器的斜视图。图2是沿图1的光轴方向的主要部分剖面图，图3是表示图2的光吸收层的剖面构造的图。图2的剖面图是通过与光行进的轴即光轴31平行的虚线面35切断后的图。实施方式1的电场吸收型调制器16具有：n型的InP基板1；半导体层叠构造2，其设置于InP基板1的上表面(表面)；由SiO2构成的绝缘膜9，其设置于半导体层叠构造2；n侧电极10，其设置于InP基板1的下表面(背面)；以及p侧电极11，其在绝缘膜9的开口部34与半导体层叠构造2连接。如图1所示，在半导体层叠构造2设置有脊型波导41。半导体层叠构造2具有在n型的InP基板1之上依次层叠的由n型InP构成的n型包覆层(第一包覆层)3、i型InGaAsP的光波导层(第一光波导层)4、i型InGaAsBi的光吸收层5、由p型InGaAsP构成的p型光波导层(第二光波导层)6、由p型InP构成的p型包覆层(第二包覆层)7、以及由p型InGaAs构成的p型接触层8。InGaAsBi的n型的光吸收层5与InP基板1晶格匹配。此外，这里，晶格匹配表示晶格失配率小于或等于0.5％。
如图3所示，i型InGaAsBi的光吸收层5是InGaAsBi的量子阱层13与InGaAsP的阻挡层14交替地层叠的InGaAsBi/InGaAsP多量子阱(Multiple Quantum Well：MQW)构造。在图3中，示出了具有5层量子阱层13和4层阻挡层14的光吸收层5的例子。绝缘膜9设置于半导体层叠构造2的最上层即p型InGaAs的p型接触层8的表面。由Ti/Au等构成的p侧电极11经由脊型波导41的上部的p型InGaAs的p型接触层8与p型InP的p型包覆层7以及p型InGaAsP的p型光波导层6电连接。由AuGe/Au构成的n侧电极10与n型的InP基板1的背面(下表面)连接。这里，入射光33的波长例如为光通信波段即1.55μm。入射光33从图1的端面侧入射。
接下来，简单地说明本实施方式所涉及的电场吸收型调制器16的制造方法。首先，使用MOCVD(Metal organic chemical vapor deposition)法等，在n型的InP基板1之上使n型InP的n型包覆层3、i型InGaAsP的光波导层4、i型InGaAsBi的光吸收层5、p型InGaAsP的p型光波导层6、p型InP的p型包覆层7、以及p型InGaAs的p型接触层8依次外延生长。i型InGaAsBi的光吸收层5是使InGaAsBi的量子阱层13和InGaAsP的阻挡层14交替地外延生长。
接下来，通过等离子体CVD法等在p型InGaAs的p型接触层8之上形成SiO2的绝缘膜9。对光刻技术和使用了氢氟酸等的蚀刻进行组合，在将p侧电极11与p型接触层8连接的区域，在绝缘膜9形成开口部34。然后，通过电子束(EB)蒸镀形成Ti/Au膜，将该膜的不需要部分与光致抗蚀膜一起剥离，形成p侧电极11。此时，在绝缘膜9之上同时形成与p侧电极11连接的焊盘12。然后，对n型的InP基板1的下表面进行磨削，在n型的InP基板1的下表面形成n侧电极10。通过上述工序，制造了本实施方式所涉及的电场吸收型调制器16。
说明本实施方式所涉及的电场吸收型调制器16的基本动作。如果从外部施加使n侧电极10为正、p侧电极11为负的反向偏置，则i型InGaAsBi的光吸收层5的吸收光谱发生变化，产生光吸收现象。从电场吸收型调制器16的端面侧入射的入射光33与反向偏置的电压相应地，一部分被i型InGaAsBi的光吸收层5吸收，产生电子以及空穴对。如果几乎全部的入射光33通过光吸收现象而被光吸收层5吸收，则入射光33消失，即，实质上不从电场吸收型调制器16射出。电场吸收型调制器16对入射光33的射出与否进行控制，即对入射光33进行调制。该电子和空穴能够作为电流从p侧电极11以及n侧电极10输出至外部。将该电流称为光电流。此外，电场吸收型调制器16的光吸收量根据由于在p侧电极11以及n侧电极10之间施加的外部电压而在该光吸收层5施加的电压的值而不同。在向电场吸收型调制器16施加了反向偏置的规定电压的情况下，入射光33不从电场吸收型调制器16射出，在未向电场吸收型调制器16施加反向偏置的规定电压的情况下，入射光33从电场吸收型调制器16射出。
与对比例进行比较而说明本实施方式的效果。图4是表示对比例1的光吸收层的剖面构造的图。在对比例1中，光吸收层105的材料、即量子阱层103以及阻挡层104的材料是i型AlGaInAs。就电场吸收型调制器而言，需要不受外界的温度变化的影响而表现出恒定的特性。但是，如果温度变化则AlGaInAs的带隙改变，吸收光谱发生变化，因此具有AlGaInAs的光吸收层105的电场吸收型调制器的调制器特性发生变化。
与对比例1不同，本实施方式1的电场吸收型调制器16由于光吸收层5的InGaAsBi的带隙相对于温度变化是恒定的，因此能够抑制低温以及高温下的特性的变化，能够进行无冷却动作。另外，本实施方式1的电场吸收型调制器16由于光吸收层5不含Al，因此光吸收层5的晶体生长容易。本实施方式1的电场吸收型调制器16由于不含Al的光吸收层5不发生晶体的氧化，因此能够抑制光吸收层5的晶体缺陷的产生，防止可靠性的恶化。另外，本实施方式1的电场吸收型调制器16由于InGaAsBi与n型的InP基板1晶格匹配，因此还抑制了由应变引起的晶体缺陷的产生。
光吸收层5的量子阱层13只要含Bi即可，也可以使用除了InGaAsBi以外的III-V族半导体。例如，能够使用InGaPBi类混晶、InGaAsPBi类混晶等。另外，量子阱层13不限于1层，也可以将这些材料组合而形成多层。
如上所述，实施方式1的电场吸收型调制器16是形成于InP基板1、通过被施加的电压对入射光33进行调制的电场吸收型调制器，其具有光吸收层5，该光吸收层5通过由被施加的电压产生的电场对入射光33的一部分进行吸收。实施方式1的电场吸收型调制器16的光吸收层5由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。实施方式1的电场吸收型调制器16由于光吸收层5由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，因此温度依赖性小，能够提高可靠性。
另外，就实施方式1的电场吸收型调制器16而言，光吸收层5是量子阱层13及阻挡层14交替地层叠的多量子阱构造，量子阱层13由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。就实施方式1的电场吸收型调制器16而言，光吸收层5的量子阱层13不含Al而含有Bi，光吸收层5的阻挡层14不含Al，因此，温度依赖性小，能够提高可靠性。
实施方式2.
图5是表示本发明的实施方式2所涉及的电场吸收型调制器的斜视图。图6是沿图5的光轴方向的主要部分剖面图，图7是表示图6的光吸收层的剖面构造的图。图6的剖面图是通过与光行进的轴即光轴31平行的虚线面35切断后的图。实施方式2的电场吸收型调制器16与实施方式1的电场吸收型调制器16的不同点在于，半导体层叠构造2的光吸收层是光吸收层45。光吸收层45是InGaAsBi/AlGaInAs多量子阱构造。
如图7所示，光吸收层45是InGaAsBi的量子阱层13与AlGaInAs的阻挡层15交替地层叠的InGaAsBi/AlGaInAs多量子阱构造。量子阱层13由InGaAsBi构成，阻挡层15由AlGaInAs构成。
实施方式2的电场吸收型调制器16通过将光吸收层45的量子阱层13设为InGaAsBi，从而与实施方式1同样地消除了调制器的吸收光谱的温度依赖性，能够进行无冷却动作。实施方式2的电场吸收型调制器16通过将光吸收层45的阻挡层15设为导带偏移大的AlGaInAs，从而即使在高温下也能够确保稳定的动作。
光吸收层45的量子阱层13不含Al而含有Bi即可，也可以使用除了InGaAsBi以外的III-V族半导体。例如，能够使用InGaPBi类混晶、InGaAsPBi类混晶等。另外，量子阱层13不限于1层，也可以将这些材料组合而形成多层。阻挡层15含有Al即可，也可以使用除了AlGaInAs以外的III-V族半导体。例如，能够使用AlGaInAsP类混晶等。另外，阻挡层15不限于1层，也可以将这些材料组合而形成多层。
实施方式2的电场吸收型调制器16由于光吸收层45的量子阱层13不含Al而含有Bi，光吸收层45的阻挡层15含有Al，因此温度依赖性小，能够提高可靠性。另外，实施方式2的电场吸收型调制器16由于光吸收层45的阻挡层15含有Al，因此即使在比实施方式1的电场吸收型调制器16高的温度下也能够确保稳定的动作。
如上所述，实施方式2的电场吸收型调制器16是形成于InP基板1、通过被施加的电压对入射光33进行调制的电场吸收型调制器，其具有光吸收层45，该光吸收层45通过由被施加的电压产生的电场对入射光33的一部分进行吸收。实施方式2的电场吸收型调制器16的光吸收层45是量子阱层13以及阻挡层15交替地层叠的多量子阱构造，量子阱层13由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，阻挡层15由不含Bi而含有Al的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。实施方式2的电场吸收型调制器16由于光吸收层45的量子阱层13由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，因此温度依赖性小，能够提高可靠性。
实施方式3.
图8是表示本发明的实施方式3所涉及的光半导体装置的斜视图，图9是表示图8的半导体激光器的有源层的剖面构造的图。实施方式3的光半导体装置50是在n型InP基板1集成了电场吸收型调制器16和分布反馈型(Distributed Feedback：DFB)半导体激光器17的光半导体装置。电场吸收型调制器16与实施方式1的电场吸收型调制器16或者实施方式2的电场吸收型调制器16相同。此外，在图8中，示出了电场吸收型调制器16的光吸收层是实施方式1的光吸收层5的例子。半导体激光器17具有有源层18。半导体激光器17的n型包覆层3至p型接触层8的半导体层叠构造2是电场吸收型调制器16的光吸收层5被替换为有源层18的构造。电场吸收型调制器16具有脊型波导41，半导体激光器17具有脊型波导42。脊型波导41与脊型波导42相连续。虚线36b是与光吸收层5和有源层18的表面的边界和剖面构造的边界平行的虚线。虚线36a表示光出射侧的端部，虚线36c表示光入射侧的端部。半导体激光器17是从虚线36b至虚线36c的范围，电场吸收型调制器16是从虚线36a至虚线36b的范围。
半导体激光器17具有：n型InP基板1；半导体层叠构造2，其设置于InP基板1的上表面(表面)；由SiO2构成的绝缘膜9，其设置于半导体层叠构造2；n侧电极10，其设置于InP基板1的下表面(背面)；以及p侧电极11，其与半导体层叠构造2连接。半导体层叠构造2具有在n型InP基板1之上依次层叠的由n型InP构成的n型包覆层(第一激光器包覆层)3、i型InGaAsP的光波导层(第一激光器光波导层)4、有源层18、p型InGaAsP的p型光波导层(第二激光器光波导层)6、由p型InP构成的p型包覆层(第二激光器包覆层)7、以及由p型InGaAs构成的p型接触层8。半导体激光器17的第一激光器包覆层(n型包覆层3)、第一激光器光波导层(光波导层4)、有源层18、第二激光器光波导层(p型光波导层6)、第二激光器包覆层(p型包覆层7)分别与电场吸收型调制器16的第一包覆层(n型包覆层3)、第一光波导层(光波导层4)、光吸收层5、45、第二光波导层(p型光波导层6)、第二包覆层(p型包覆层7)连接。
如图9所示，半导体激光器17的有源层18是InGaAsP的量子阱层19与InGaAsP的阻挡层20交替地层叠的InGaAsP/InGaAsP多量子阱构造。在图9中，示出了具有5层量子阱层19和4层阻挡层20的光吸收层5的例子。实施方式3的光半导体装置50的制造工序与在实施方式1中说明的电场吸收型调制器16的制造工序相同。但是，电场吸收型调制器16的光吸收层5与半导体激光器17的有源层18不是同时形成而是分别形成的。
将这样的调制器与激光器集成化的光半导体装置、即将电场吸收型调制器16以及半导体激光器17集成化的实施方式3的光半导体装置50通过使用实施方式1或者实施方式2的构造而作为电场吸收型调制器16，能够得到与实施方式1或者实施方式2同样的效果。
就集成了调制器以及激光器的光半导体装置而言，为了得到期望的调制器的光输出、消光比、传输代价等，要求激光器的振荡波长和调制器的吸收波长的差值Δλ为几nm级的精度。因此，实施方式3的光半导体装置50通过在半导体激光器17的有源层18使用不含Bi的III-V族半导体，从而使半导体激光器17的振荡波长具有温度依赖性。另一方面，通过使用实施方式1或者实施方式2的构造而作为电场吸收型调制器16，从而使由电场吸收型调制器16吸收的光的波长即吸收波长不具有温度依赖性。因此，就实施方式3的光半导体装置50而言，通过使温度变动，从而能够在使电场吸收型调制器16的吸收波长保持恒定的情况下使激光器的振荡波长变化。即，实施方式3的光半导体装置50能够通过使温度变动而在使电场吸收型调制器16的吸收波长保持恒定的情况下补偿激光器的振荡波长。并且，实施方式3的光半导体装置50能够通过温度调制而补偿由半导体激光器17的振荡波长、电场吸收型调制器16的吸收波长的制作误差引起的Δλ的偏差，所要求的制作精度得以放宽。
半导体激光器17的有源层18只要不含Bi即可，也可以使用除了InGaAsP以外的III-V族半导体。例如，也能够使用AlGaInAs类混晶等。另外，量子阱层19以及阻挡层20的各层不限于1层，也可以将这些材料组合而形成多层。
实施方式4.
图10是表示本发明的实施方式4所涉及的光半导体装置的斜视图。实施方式4的光半导体装置50是在n型InP基板1集成了两个第二半导体激光器21a、21b和Y型耦合器22的光半导体装置，是多波长集成光半导体装置，其中，该Y型耦合器22是将对从第二半导体激光器21a、21b射出的不同波长的激光进行引导的波导耦合的耦合器。第二半导体激光器21a、21b是集成了电场吸收型调制器的半导体激光器，具体地说，是集成了电场吸收型调制器16以及半导体激光器17的实施方式3的光半导体装置50。电场吸收型调制器16与实施方式1的电场吸收型调制器16或者实施方式2的电场吸收型调制器16相同。此外，在图10中，示出了电场吸收型调制器16的光吸收层是实施方式1的光吸收层5的例子。Y型耦合器22具有透明波导层23。
Y型耦合器22的n型包覆层3至p型接触层8的半导体层叠构造2是电场吸收型调制器16的光吸收层5被替换为透明波导层23的构造。第二半导体激光器21a的电场吸收型调制器16具有脊型波导41a，第二半导体激光器21b的电场吸收型调制器16具有脊型波导41b。Y型耦合器22具有脊型波导46a、46b、46c。脊型波导41a与脊型波导46a相连续，脊型波导41b与脊型波导46b相连续。脊型波导46c与脊型波导46a、46b连结。虚线36e是与透明波导层23和光吸收层5的表面的边界和剖面构造的边界平行的虚线。虚线36f是与光吸收层5和有源层18的表面的边界和剖面构造的边界平行的虚线。虚线36d表示光出射侧的端部，虚线36g表示光入射侧的端部。此外，虚线36g以及虚线36d在图10的左侧记载于光半导体装置50的上侧(表面侧)，在图10的右侧记载于光半导体装置50的下侧(背面侧)。在除了光半导体装置50的上表面(正面)以及右侧面以外之处，省略了虚线36g以及虚线36d。
在图10中，第二半导体激光器21a是从虚线36e至虚线36g且相比于虚线36h靠左侧的区域。在图10中，第二半导体激光器21b是从虚线36e至虚线36g且相对于虚线36h靠右侧的区域。半导体激光器17是第二半导体激光器21a以及第二半导体激光器21b各自的从虚线36f至虚线36g的范围。电场吸收型调制器16是第二半导体激光器21a以及第二半导体激光器21b各自的从虚线36e至虚线36f的范围。Y型耦合器22是从虚线36d至虚线36e的范围。
Y型耦合器22具有：n型的InP基板1；半导体层叠构造2，其设置于InP基板1的上表面(表面)；由SiO2构成的绝缘膜9，其设置于半导体层叠构造2；n侧电极10，其设置于InP基板1的下表面(背面)；以及p侧电极11，其与半导体层叠构造2连接。半导体层叠构造2具有在n型的InP基板1之上依次层叠的由n型InP构成的n型包覆层(第一耦合器包覆层)3、i型InGaAsP的光波导层(第一耦合器光波导层)4、透明波导层23、p型InGaAsP的p型光波导层(第二耦合器光波导层)6、由p型InP构成的p型包覆层(第二耦合器包覆层)7、以及由p型InGaAs构成的p型接触层8。Y型耦合器22的第一耦合器包覆层(n型包覆层3)、第一耦合器光波导层(光波导层4)、透明波导层23、第二耦合器光波导层(p型光波导层6)、第二耦合器包覆层(p型包覆层7)分别与第二半导体激光器21a、21b的电场吸收型调制器16的第一包覆层(n型包覆层3)、第一光波导层(光波导层4)、光吸收层5、45、第二光波导层(p型光波导层6)、第二包覆层(p型包覆层7)连接。实施方式4的光半导体装置50的制造工序与在实施方式1中说明的电场吸收型调制器16的制造工序相同。但是，电场吸收型调制器16的光吸收层5、半导体激光器17的有源层18、Y型耦合器22的透明波导层23不是同时形成而是分别形成的。
与对比例进行比较而说明本实施方式的效果。图11是表示对比例2的光通信结构的图。在对比例2中，从多个半导体激光器106a、106b射出的光110a、110b分别通过准直透镜107a、107b成为准直光，通过聚光透镜108与一根光纤109耦合。在使用了这样的对比例2的结构的情况下，难以小型化，另外，需要在半导体激光器106a、106b、准直透镜107a、107b、波长选择滤光器(未图示)、聚光透镜108之间进行许多光学调整作业，因此在作业成本这一点上不利。
另一方面，就本实施方式4的光半导体装置50(多波长集成光半导体装置)而言，多个不同波长的激光从在同一基板形成的多个半导体激光器17射出，能够通过例如Y型耦合器22等耦合器使它们向外部的一点聚光。由此，本实施方式4的光半导体装置50无需使用准直透镜107a、107b、或者聚光透镜108等合波器件就能够进行波分复用。本实施方式4的光半导体装置50由于能够将多个半导体激光器17集成于一个芯片，因此能够实现小型且高密度的集成。
集成了上述这样的激光器、调制器、耦合器的多波长集成光半导体装置即集成了半导体激光器17、电场吸收型调制器16、Y型耦合器22的实施方式4的光半导体装置50，通过使用实施方式3的构造而作为第二半导体激光器21a、21b，从而能够得到与实施方式3相同的效果。
此外，在实施方式4中，作为对多个不同波长的激光进行聚光而耦合至一个波导的耦合器，使用了Y型耦合器22，但除此以外也能够使用多模干涉波导(Multi ModeInterference：MMI)等。另外，在实施方式4中，示出的是集成了两个第二半导体激光器21a、21b的光半导体装置50的例子，但集成的第二半导体激光器21a、21b的数量也可以大于或等于两个。例如，也能够设为集成了四个第二半导体激光器21a(或者21b)的四波长集成光半导体装置。
此外，在实施方式1至4中，作为电场吸收型调制器16、半导体激光器17的构造，采用了脊型波导，但也能够设为将芯层图案化为台面型的高台面型波导。另外，电场吸收型调制器16、半导体激光器17的条带台面构造体的填埋结构也能够采用半绝缘体填埋异质(SI-BH)构造、半绝缘性平面型填埋异质(PN-BH)构造。另外，电场吸收型调制器16、半导体激光器17也能够是将这些构造组合起来。另外，除了多量子阱构造以外，还能够将块(bulk)构造、量子细线构造、量子点构造以及将它们组合而成的构造应用于电场吸收型调制器16的光吸收层5以及半导体激光器17的有源层18。
实施方式5.
图12是表示本发明的实施方式5所涉及的光模块的图。实施方式5的光模块80具有：光半导体装置50；芯片载体25，其对光半导体装置50进行搭载；管座81，其对芯片载体25进行搭载；透镜27；透镜支架28，其对透镜27进行保持而覆盖管座81的表面侧；以及端子82，其与光半导体装置50连接。透镜支架28以将光半导体装置50、芯片载体25覆盖的方式配置于管座81。在图12中，透镜27、透镜支架28通过剖面示出。光半导体装置50通过AuSn焊料搭载于带有50Ω终端电阻的氮化铝(AlN)制的芯片载体25。芯片载体25例如是板状。管座81是圆筒形的封装体基座，管座81的材料是冷轧钢板(SPC)等金属。端子82贯通或者连接于管座81。
就这样的光模块80而言，通过使用实施方式3、4的构造作为光器件即光半导体装置50，从而能够得到与实施方式3、4同样的效果。
另外，也能够在光模块80搭载实施方式1、2的电场吸收型调制器16。图13是表示本发明的实施方式5所涉及的其它光模块的图。图13所示的其他光模块80具有：电场吸收型调制器16；半导体激光器17；芯片载体25，其对电场吸收型调制器16以及半导体激光器17进行搭载；管座81，其对芯片载体25进行搭载；透镜27；透镜支架28，其对透镜27进行保持而覆盖管座81的表面侧；以及端子82，其与电场吸收型调制器16以及半导体激光器17连接。透镜支架28以将电场吸收型调制器16、半导体激光器17、芯片载体25覆盖的方式配置于管座81。就图13所示的光模块80而言，通过使用实施方式1、2的构造作为光器件即电场吸收型调制器16，从而能够得到与实施方式1、2同样的效果。
如上所述，实施方式5的光模块80具有：管座81；芯片载体25，其搭载于管座81；光器件(电场吸收型调制器16、光半导体装置50)，其搭载于芯片载体25；以及透镜支架28，其对透镜27进行保持，以将光器件(电场吸收型调制器16、光半导体装置50)以及芯片载体25覆盖的方式配置于管座81。实施方式5的光模块80的光器件是实施方式1、2的电场吸收型调制器16、或者实施方式3、4的光半导体装置50。就实施方式5的光模块80而言，光器件(电场吸收型调制器16、光半导体装置50)的光吸收层5由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，或者光吸收层45的量子阱层13由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。就实施方式5的光模块80而言，由于光器件(电场吸收型调制器16、光半导体装置50)的光吸收层5或者光吸收层45的量子阱层13由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，因此温度依赖性小，能够提高可靠性。
实施方式6.
图14是表示本发明的实施方式6所涉及的光模块的图。实施方式6的光模块80具有：光半导体装置50；芯片载体25，其对光半导体装置50进行搭载；珀耳帖冷却器等温度控制机构29，其与芯片载体25连接；管座81，其对温度控制机构29以及芯片载体25进行搭载；透镜27；透镜支架28，其保持透镜27而覆盖管座81的表面侧；以及端子82，其与光半导体装置50等连接。透镜支架28以将光半导体装置50、芯片载体25、温度控制机构29覆盖的方式配置于管座81。在图14中，透镜27、透镜支架28通过剖面示出。光半导体装置50通过AuSn焊料搭载于带有50Ω终端电阻的氮化铝(AlN)制的芯片载体25。实施方式6的光模块80在具有温度控制机构29，芯片载体25搭载于温度控制机构29这一点上与实施方式5的光模块80不同。端子82也有与温度控制机构29连接的端子。
就这样的光模块80而言，通过使用实施方式3、4的构造作为光器件即光半导体装置50，从而能够得到与实施方式3、4同样的效果。即，实施方式6的光模块80即使不执行由温度控制机构29进行的光半导体装置50的温度调整，也能够得到与实施方式3、4同样的效果。另外，实施方式6的光模块80通过利用温度控制机构29使光半导体装置50的温度变动，由此，如在实施方式3中说明的那样，能够在使电场吸收型调制器16的吸收波长保持恒定的情况下使半导体激光器17的振荡波长变化。实施方式6的光模块80能够通过温度调制而补偿由半导体激光器17的振荡波长、电场吸收型调制器16的吸收波长的制作误差引起的Δλ的偏差，所要求的制作精度得以放宽。
另外，也能够在光模块80搭载实施方式1、2的电场吸收型调制器16。图15是表示本发明的实施方式6所涉及的其它光模块的图。图15所示的其他光模块80具有：电场吸收型调制器16；半导体激光器17；芯片载体25，其对电场吸收型调制器16以及半导体激光器17进行搭载；珀耳帖冷却器等温度控制机构29，其与芯片载体25连接；管座81，其对温度控制机构29以及芯片载体25进行搭载；透镜27；透镜支架28，其对透镜27进行保持而覆盖管座81的表面侧；以及端子82，其与电场吸收型调制器16以及半导体激光器17等连接。透镜支架28以将电场吸收型调制器16、半导体激光器17、芯片载体25、温度控制机构29覆盖的方式配置于管座81。就图13所示的光模块80而言，通过使用实施方式1、2的构造作为光器件即电场吸收型调制器16，从而能够得到与实施方式1、2同样的效果。即，实施方式6的光模块80即使不执行由温度控制机构29进行的光半导体装置50的温度调整，也能够得到与实施方式1、2同样的效果。
另外，图15所示的实施方式6的其他光模块80在使用实施方式1、2的构造作为光器件即电场吸收型调制器16，并且使用实施方式3、4的激光器构造而作为光器件即半导体激光器17的情况下，通过利用温度控制机构29使电场吸收型调制器16以及半导体激光器17的温度变动，从而如在实施方式3中说明的那样，能够在使电场吸收型调制器16的吸收波长保持恒定的情况下使半导体激光器17的振荡波长发生变化。实施方式6的其他光模块80能够通过温度调制而补偿由半导体激光器17的振荡波长、电场吸收型调制器16的吸收波长的制作误差引起的Δλ的偏差，所要求的制作精度得以放宽。
如上所述，实施方式6的光模块80具有：管座81；温度控制机构29，其搭载于管座81；芯片载体25，其搭载于温度控制机构29；光器件(光半导体装置50、独立的电场吸收型调制器16、独立的半导体激光器17)，其搭载于芯片载体25；以及透镜支架28，其对透镜27进行保持，以将光器件(光半导体装置50、独立的电场吸收型调制器16、独立的半导体激光器17)、芯片载体25以及温度控制机构29覆盖的方式配置于管座。就实施方式5的光模块80而言，光器件(光半导体装置50、独立的电场吸收型调制器16)的光吸收层5由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，或者光吸收层45的量子阱层13由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。并且，实施方式5的光模块80的光器件(光半导体装置50的半导体激光器17、独立的半导体激光器17)的有源层18由不含Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。实施方式6的光模块80由于光器件的光吸收层5或者光吸收层45的量子阱层13由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，因此温度依赖性小，能够提高可靠性。另外，实施方式6的光模块80通过利用温度控制机构29使光器件(电场吸收型调制器16、光半导体装置50)的温度变动，由此能够在使电场吸收型调制器16的吸收波长保持恒定的情况下使半导体激光器17的振荡波长变化。
此外，在实施方式5以及实施方式6中，作为光模块80，采用了作为CAN(罐)封装体的同轴型半导体光模块，但也可以是内置有隔离器的插座(receptacle)、设置了柔性基板的TOSA(TransmitterOptical SubAssembly)等。
此外，本发明在不矛盾的范围内，能够自由地对各实施方式进行组合，或者适当地对各实施方式进行变形、省略。
符号的说明
1…InP基板，3…n型包覆层，6…p型光波导层，7…p型包覆层，13…量子阱层，14…阻挡层，15…阻挡层，16…电场吸收型调制器，17…半导体激光器，18…有源层，21a、21b…第二半导体激光器，22…Y型耦合器，23…透明波导层，25…芯片载体，27…透镜，28…透镜支架，29…温度控制机构，33…入射光，45…光吸收层，50…光半导体装置，80…光模块，81…管座

Claims (19)

1.一种电场吸收型调制器，其形成于InP基板，通过被施加的电压对入射光进行调制，
其特征在于，
具有光吸收层，该光吸收层通过由被施加的所述电压产生的电场对所述入射光的一部分进行吸收，
所述光吸收层由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。
2.根据权利要求1所述的电场吸收型调制器，其特征在于，
所述光吸收层是量子阱层以及阻挡层交替地层叠的多量子阱构造，所述量子阱层由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。
3.一种电场吸收型调制器，其形成于InP基板，通过被施加的电压对入射光进行调制，
其特征在于，
具有光吸收层，该光吸收层通过由被施加的所述电压产生的电场对所述入射光的一部分进行吸收，
所述光吸收层是量子阱层以及阻挡层交替地层叠的多量子阱构造，
所述量子阱层由不含Al而含有Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成，
所述阻挡层由不含Bi而含有Al的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。
4.根据权利要求1所述的电场吸收型调制器，其特征在于，
所述光吸收层由InGaAsBi构成。
5.根据权利要求2或3所述的电场吸收型调制器，其特征在于，
所述量子阱层由InGaAsBi构成。
6.根据权利要求1所述的电场吸收型调制器，其特征在于，
所述光吸收层由InGaPBi构成。
7.根据权利要求2或3所述的电场吸收型调制器，其特征在于，
所述量子阱层由InGaPBi构成。
8.根据权利要求1所述的电场吸收型调制器，其特征在于，
所述光吸收层由InGaAsPBi构成。
9.根据权利要求2或3所述的电场吸收型调制器，其特征在于，
所述量子阱层由InGaAsPBi构成。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电场吸收型调制器，其特征在于，具有：
第一包覆层，其形成于所述InP基板的表面；
第一光波导层，其形成于所述第一包覆层的表面；
所述光吸收层，其形成于所述第一光波导层的表面；
第二光波导层，其形成于所述光吸收层的表面；以及
第二包覆层，其形成于所述第二光波导层的表面。
11.一种光半导体装置，其特征在于，具有：
权利要求10所述的电场吸收型调制器；以及
半导体激光器，其形成于所述InP基板，该InP基板形成有所述电场吸收型调制器，
所述半导体激光器具有：
第一激光器包覆层，其形成于所述InP基板的表面；
第一激光器光波导层，其形成于所述第一激光器包覆层的表面；
有源层，其形成于所述第一激光器光波导层的表面；
第二激光器光波导层，其形成于所述有源层的表面；以及
第二激光器包覆层，其形成于所述第二激光器光波导层的表面，
所述第一激光器包覆层、所述第一激光器光波导层、所述有源层、所述第二激光器光波导层、所述第二激光器包覆层分别与所述电场吸收型调制器的所述第一包覆层、所述第一光波导层、所述光吸收层、所述第二光波导层、所述第二包覆层连接。
12.一种光半导体装置，其特征在于，具有：
权利要求1至9中任一项所述的电场吸收型调制器；以及
半导体激光器，其形成于所述InP基板，该InP基板形成有所述电场吸收型调制器，
所述半导体激光器的有源层与所述电场吸收型调制器的所述光吸收层连接。
13.一种光半导体装置，其特征在于，
在同一InP基板集成了大于或等于2个权利要求11或12所述的光半导体装置。
14.一种光半导体装置，其特征在于，
在同一InP基板集成了大于或等于2个权利要求12所述的光半导体装置即第二半导体激光器，
将对从所述第二半导体激光器射出的不同波长的激光进行引导的波导耦合的耦合器被集成于所述同一InP基板。
15.一种光半导体装置，其特征在于，
在同一InP基板集成了大于或等于2个权利要求11所述的光半导体装置即第二半导体激光器，
将对从所述第二半导体激光器射出的不同波长的激光进行引导的波导耦合的耦合器被集成于所述同一InP基板。
16.根据权利要求15所述的光半导体装置，其特征在于，
所述耦合器具有：
第一耦合器包覆层，其形成于所述InP基板的表面；
第一耦合器光波导层，其形成于所述第一耦合器包覆层的表面；
透明波导层，其形成于所述第一耦合器光波导层的表面；
第二耦合器光波导层，其形成于所述透明波导层的表面；以及
第二耦合器包覆层，其形成于所述第二耦合器光波导层的表面，
所述第一耦合器包覆层、所述第一耦合器光波导层、所述透明波导层、所述第二耦合器光波导层、所述第二耦合器包覆层分别与所述第二半导体激光器的所述电场吸收型调制器的所述第一包覆层、所述第一光波导层、所述光吸收层、所述第二光波导层、所述第二包覆层连接。
17.一种光模块，其特征在于，具有：
管座；
芯片载体，其搭载于所述管座；
光器件，其搭载于所述芯片载体；以及
透镜支架，其对透镜进行保持，以将所述光器件以及所述芯片载体覆盖的方式配置于所述管座，
所述光器件是权利要求1至10中任一项所述的电场吸收型调制器或者权利要求11至16中任一项所述的光半导体装置。
18.根据权利要求17所述的光模块，其特征在于，
该光模块未搭载珀耳帖冷却器。
19.一种光模块，其特征在于，具有：
管座；
温度控制机构，其搭载于所述管座；
芯片载体，其搭载于所述温度控制机构；
光器件，其搭载于所述芯片载体；以及
透镜支架，其对透镜进行保持，以将所述光器件、所述芯片载体以及所述温度控制机构覆盖的方式配置于所述管座，
所述光器件是权利要求11至16中任一项所述的光半导体装置，并且所述半导体激光器的有源层由不含Bi的大于或等于3元的III-V族半导体混晶构成。
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